PTFE シェルアンドチューブ熱交換器が動作中ですが、チューブ内部の少量の漏れが疑われます。従来のアプローチでは、プロセスをシャットダウンし、ユニットから水を抜き、圧力テストを実行します。しかし、金属シェルの外側に向けられた高感度の手持ち式熱画像カメラでは、熱交換器がまだ動作している間に、目に見えない漏れの熱ゴーストを確認できることがよくあります。チューブ内部のピンホールから漏れ出る冷たい流体は、外殻壁に局所的な異常に冷たい部分、つまり均一な暖かさの海の中に明らかな冷たいスポットを作り出します。
熱画像処理でチューブの隠れた漏れを明らかにする方法
背後にある原理熱画像リーク検出 PTFE 交換器診断は簡単です。一般的なシェルアンドチューブ熱交換器では、2 つの流体がチューブ壁によって分離されます。チューブ側は 1 つの流体 (多くの場合、より高温または低温のプロセス ストリーム) を運び、シェル側はもう 1 つの流体を運びます。外部シェル表面は通常、滑らかで比較的均一な温度プロファイルを示しますが、バッフルの位置、入口/出口ノズル、および自然対流によって引き起こされるわずかな変動はあります。
単一の PTFE チューブにピンホール リークや亀裂が発生すると、チューブ内の流体がシェル側に漏れます。チューブ側の流体の圧力が高い場合（これはシェル側の汚染を防ぐために一般的です）、漏れた流体が穴から噴出し、隣接するチューブまたはシェルの内壁に直接衝突します。この局所的な流体の流れは、バルクのシェル側流体とは異なる温度を持ちます。プロセスに応じて、温度差は 2 ～ 5 度程度の場合もあれば、20 ～ 30 度程度の場合もあります。
金属シェルの壁は熱を非常に効率的に伝導します。漏れた流体がシェルの内表面に接触する領域は、すぐに漏れた流体の温度に近い温度になります。外部からは、高感度の熱画像カメラ (赤外線カメラまたは IR カメラとも呼ばれます) がこれを検知します。局所的で持続的なコールド スポット(漏れた流体がシェル側の流体よりも熱い場合はホットスポット)。通常、スポットは小さく-直径わずか数センチメートル-で、その正確な位置はジェットがシェルの内部に衝突する点に対応します。
サーマル スキャンの実行: 現場での段階的な手順
熱画像処理は非侵襲的で迅速な技術であり、熱交換器がフル稼働している間に、液体を排出したりシステムを減圧したりすることなく実行できます。次の手順をお勧めします。
1. 交換器表面の準備
シェルの外部表面は清潔で乾燥しており、(少なくともスキャンされる領域には) 断熱材が入っていない必要があります。断熱材はストリップまたは小さな窓から一時的に取り除くことができます。シェル表面に汚れ、油、水があると、誤った熱反射が生じたり、実際の温度が見えにくくなることがあります。乾いた布で軽く拭くだけで十分です。
2. 適切なサーマルカメラを選択します
熱感度 (NETD) が 0.05 度 (50 mK) 以下の高解像度サーマル カメラを推奨します。低コストのカメラ（感度 0.10 度など）でも、より大きな漏れを検出できる可能性はありますが、微妙な温度差を見逃してしまいます。カメラには交換器のサイズに適した視野が必要です。標準の 24 度レンズは、ほとんどのシェル直径 (300 ～ 1000 mm) に適しています。放射率は、塗装または軽く錆びた炭素鋼の場合は 0.95、光沢のあるステンレス鋼の場合は 0.85 に設定する必要があります。
3. シェルの外側全体をスキャンします。
オペレーターは安全な距離に立って、シェルの長さに沿ってゆっくりとカメラをパンし、可能であれば全周をカバーします。リークジェットがこれらの場所に衝突することが多いため、バッフルカットやチューブシートの近くの領域に焦点を当てて、複数のパスが作成されます。一般的な長さ 3 メートルの熱交換器の場合、スキャンには 5 ～ 10 分かかります。
4. 局所的な熱異常を特定する
正常に動作している健全な熱交換器では、外部シェルの温度は、冷却液の入口近くでは徐々に冷たく、出口近くでは暖かくなるように緩やかな勾配として現れます。{0}チューブの漏れにより、鋭い、局所的な、円形または楕円形のコールド スポットそれは自然な勾配に従っていません。通常、スポットには次のようなものがあります。
同じ軸方向位置における周囲のシェル温度と 1 ～ 5 度 (またはそれ以上) 異なる温度。
明確に定義された境界。多くの場合、中間温度の同心円状の「ハロー」が見られます。
プロセスの流れが変化しても動かない固定位置 (一時的な乱流の影響とは異なります)。
サーマルカメラは、鋼鉄のシェルの暖かい皮膚に暗く冷たい打撲傷として描かれた、隠れた漏れの幽霊のような冷たい痕跡を捉えます。
5. 文書化して比較する
熱画像が保存されます。疑わしいコールド スポットが見つかった場合は、その位置がチョークまたは油性マジックでシェルにマークされます。 15 ～ 30 分後に同じ場所が再度スキャンされます。コールドスポットが持続して同じ場所に留まる場合、診断は強化されます。一時的な熱異常 (例: 通過する蒸気泡や局所的な通風による) はすぐに消えます。
6. 目標圧力テストで確認する
熱画像処理は、スクリーニング道具。圧力テストに代わるものではありません。ただし、漏れの疑いのある場所の正確な位置がわかります。計画されたシャットダウン中に、シェルから排出され、疑わしい領域が記録され、対応するチューブを個別に圧力テストできます（たとえば、一方の端をプラグし、水に浸した状態で空気で加圧するか、石鹸溶液を使用することによって）。熱画像により、技術者は漏れのあるチューブ、または少なくとも少数のチューブのグループに直接誘導され、ブラインドテストにかかる時間を節約できます。
サーマルイメージングが最も効果的に機能するのはいつですか?
この技術は普遍的に適用できるものではありません。次の条件下で最適に動作します。
チューブ側の流体とシェル側の流体の間に大きな温度差があります。 A difference of at least 5°C (preferably >10 度 ) は、明確な熱コントラストを生み出します。両方の流体がほぼ同じ温度にある場合、漏れの熱的痕跡は目に見えません。
チューブ側の流体は高圧になります。これにより、漏れた流体がシェルの壁に到達するのに十分な速度で噴射されます。シェル側の圧力が高い場合、漏れは内側にあり（シェルの流体がチューブ内に）、熱の痕跡はシェルの外側ではなくチューブシートの表面に現れる可能性があります。
清潔で断熱されていないシェル表面。断熱材は熱ブランケットとして機能し、局所的な温度差を和らげます。絶縁体をストリップから取り除く必要があります。ただし、一部の薄くて低密度の断熱材 (ミネラルウールなど) は、大規模な漏れを検出するのに十分な熱伝導を表面にもたらします。
定常状態動作。交換器は、スキャン前に少なくとも 30 分間通常の動作条件にある必要があります。起動過渡現象により、漏れと間違われる可能性のある多くの熱異常が発生します。
実際の例と制限事項
例 1: 冷却水による熱ブラインの冷却
PTFE 熱交換器は、チューブ側の高温ブライン (85 度) をシェル側の冷却水 (25 度) で冷却します。チューブに漏れが発生します。 25 度の冷却水は 85 度のブラインに漏れますが、漏れの方向は内側 (シェルからチューブ) です。冷却水がシェル壁に衝突しないため、シェルの外部は高温のままです。シェルの外側の熱画像は、ない漏れた液体がシェルに触れないため、この漏れを検出します。代わりに、オペレータは管板の表面または管の側面に接続されている配管をスキャンする必要があります。これは、流れの方向と圧力差を理解することの重要性を強調しています。
例 2: コールドチューブ側を備えたコンデンサー
PTFE 熱交換器は、高温の蒸気 (120 度) をシェル側で凝縮し、冷たい冷却水 (30 度) をチューブ側で高圧で凝縮します。チューブから漏れが発生し、ピンホールから冷水が噴出し、シェルの内部に当たります。シェルの外側表面には、周囲のシェル温度より 5 度低い、明確で永続的なコールド スポットが見られます。これは、熱画像処理に最適なアプリケーションです。
例 3: 漏れが小さく、熱交換器が大きい
非常に小さな漏れ (たとえば、ピンホール < 0.5 mm) では、ごくわずかな流量しか生成されない可能性があります。ジェットはシェルの壁に到達しない可能性があります。代わりに、シェル側の流れに取り込まれ、衝突する前に蒸発または混合する可能性があります。このような場合、シェルには検出可能な熱異常は現れません。この技術には感度制限があります。非常に少量の漏れの場合でも、検出のために従来の圧力テストが必要な場合があります。
従来の方法と比べた利点
| 側面 | 従来の圧力試験 | 熱画像処理 |
|---|---|---|
| プロセスの中断 | 必須 (シャットダウン、ドレイン) | なし（オンライン） |
| 診断する時間 | 数時間から数日 | 分 |
| 漏れ位置の精度 | 低い（どの管板列のみの場合が多い） | 高 (衝突ゾーンを正確に特定できる) |
| 設備費 | 低い（圧力計、ポンプ） | 中程度 (サーマルカメラ: 5�–5k–30k) |
| スキルレベル | 低い | 中程度（熱画像の解釈） |
| 安全性 | 加圧流体の取り扱いが必要 | 接触なし、危険なし |
すでに熱画像カメラ (電気検査、耐火物調査、その他の予知保全に使用) を所有しているプラントの場合、漏れ検出に使用するための追加コストはゼロです。不必要なシャットダウンを回避することによって節約された時間-、または目的の修理のためのシャットダウン時間を大幅に短縮することによって-、投資がすぐに正当化されます。
ベストプラクティスとよくある落とし穴
単一のスキャンに依存しないでください。周囲の風、太陽の負荷、近くの高温の表面によって、偽のクールスポットが生じる可能性があります。 1 日のさまざまな時間に、またはさまざまな角度からスキャンします。
疑わしい場所にすぐにマークを付けてください。シェルに非永久マーカーを使用します。熱画像と並べて可視光写真を撮影し、関連付けます。
バッフルの形状を考慮してください。流路がバッフルの端の周囲に押しつけられるため、リークジェットはバッフルカットの真向かいのシェルに衝突することがよくあります。これらの領域には特に注意してください。
示差温度分析を使用します。多くのサーマルカメラは、基準点と疑わしい点の間の温度差を表示できます。 2 度以上の差が時間の経過とともに安定している場合は、強力な指標となります。
プロセスデータと関連付けます。シェル側の導電率のゆっくりとした上昇、チューブ側の圧力の低下、または出口温度の変化は、熱画像の所見を裏付ける可能性があります。
結論：目に見えない熱を見る
サーマルイメージングは、プロセスの実行中に PTFE 交換器の内部漏れを外部から発見できる、強力で非侵襲的な予測診断ツールです。シェル壁に衝突する漏れた流体ジェットによって引き起こされる特徴的なコールド スポットを特定することにより、熟練したオペレータは、注意が必要なおおよそのチューブまたはチューブ領域の位置を特定できます。この情報は、時間のかかる盲目的な検索ではなく、計画的なシャットダウン中に対象を絞ったダウンタイムの短い修復をガイドします。最も強力な診断の目は、目に見えない熱を見ることができる目です。積極的な化学サービスや地熱サービスで PTFE 熱交換器を担当するメンテナンス チームにとって、トラブルシューティング ツールキットに熱画像を追加すると、謎の段階的なパフォーマンス低下が、隠れた故障の目に見える実用的な熱マップに変わります。
